Fizyczny

Czym jest impedancja akustyczna? Zastosowania i ćwiczenia

Czym jest impedancja akustyczna? Zastosowania i ćwiczenia

impedancja akustyczna o Specyficzna impedancja akustyczna to odporność materiałów materialnych do przejścia fal dźwiękowych. Jest stały dla pewnego pożywki, który przechodzi od skalistej warstwy wewnątrz ziemi do tkanki biologicznej.

Oznacza impedancję akustyczną Z, w sposób matematyczny musi:

Z = ρ.v

Rysunek 1. Gdy fala dźwiękowa wpływa na granicę dwóch różnych środków, jedna część jest odbijana, a druga przesyłana. Źródło: Wikimedia Commons. Cristobal Aeorum/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)

Gdzie ρ jest gęstością i v prędkość dźwięku medium. To wyrażenie jest ważne dla fali płaskiej, poruszając się w płynie.

W jednostkach systemu międzynarodowego gęstość występuje w kg/m3 i prędkość w m/s. Dlatego jednostki impedancji akustycznej są kg/m2.S.

Podobnie impedancja akustyczna jest definiowana jako iloraz między ciśnieniem P i prędkości:

Z = p/v

Wyrażony w ten sposób, Z jest analogiczny do rezystancji elektrycznej r = v/i, gdzie ciśnienie reprezentuje papier o napięciu i prędkości prądu prądu. Inne jednostki Z, gdyby były PA.s /m o n.CZŁEK3, całkowicie równoważne z tymi wcześniej podanymi.

[TOC]

Transmisja i odbicie fali dźwiękowej

Kiedy masz dwa różne sposoby impedancji z1 i z2, część fali dźwiękowej, która wpływa na interfejs obu, może być przesyłany, a inną część może zostać odbita. Ta odbija lub echo fala jest tą, która zawiera ważne informacje o drugim medium.

Rysunek 2. Impuls padający, przenoszony impuls i odbijane impuls. Źródło: Wikimedia Commons.

Sposób, w jaki energia transportowana przez falę jest rozmieszczona, zależy od współczynników odbicia R i T. Dla współczynnika odbicia jest iloraz:

R = iR /SIEMAalbo

Gdzie jaalbo Jest to intensywność fali padającejR Jest to intensywność fali odbitej. Podobnie masz współczynnik transmisji:

T = iT / SIEMAalbo

Teraz można wykazać, że intensywność płaskiej fali jest proporcjonalna do jej szerokości do:

Może ci służyć: durometr: po co to jest, jak działa, części, typy

I = (1/2) z.Ω2 .DO2

Gdzie Z jest impedancją akustyczną pożywki, a ω jest częstotliwością fali. Z drugiej strony stosunek między przesłaną amplitudą a amplitudą incydentu wynosi:

DOT/DOalbo = 2Z1/(Z1 +Z2)

Co pozwala na iloraz iT /SIEMAalbo  Jest wyrażany w kategoriach amplitud fal zdarzenia i przesyłane jako:

SiemaT /SIEMAalbo = Z2DOT2 / Z1DOalbo2

Poprzez te wyrażenia R i T są uzyskiwane pod względem impedancji akustycznej z.

Współczynniki transmisji i odbicia

Iloraz przednia jest dokładnie współczynnikiem transmisji:

T = (z2/Z1) [2.Z1/(Z1 +Z2)]2 = 4z1Z2 /(Z1 +Z2)2

Ponieważ straty nie są rozważane, spełnione jest, że intensywność incydentu jest sumą przenoszonej intensywności i odbijanej intensywności:

Siemaalbo = IR + SiemaT → (R / SIEMAalbo) + (IT / SIEMAalbo) = 1

To pozwala nam znaleźć wyrażenie współczynnika odbicia pod względem impedancji dwóch mediów:

R + T = 1 → R = 1 - T

Wykonując algebrę w celu zmiany warunków, współczynnik odbicia jest:

R = 1 - 4z1Z2 /(Z1 +Z2)2 = (Z1 - Z2)2/(Z1 +Z2)2

I jak w odbitym impulsie są informacje związane z drugim medium, współczynnik odbicia jest bardzo interesujący.

Zatem, gdy dwa media mają dużą różnicę impedancji, licznik poprzedniego wyrażenia staje się większy. Wtedy intensywność fali odbijanej jest wysoka i zawiera dobre informacje o medium.

Jeśli chodzi o część fali przenoszonej na to drugie medium, jest ona stopniowo osłabiona, a energia jest rozpraszana jako ciepło.

Zastosowania i ćwiczenia

Zjawiska transmisji i refleksji powodują różne bardzo ważne zastosowania, na przykład sonar opracowany podczas II wojny światowej, który służy do wykrywania obiektów. Nawiasem mówiąc, niektóre ssaki, takie jak nietoperze i delfiny, mają zbudowany system sonaru.

Właściwości te są również szeroko stosowane do badania wnętrza Ziemi w metodach sejsmicznych, w uzyskaniu obrazów medycznych przez ultradźwięki, pomiar gęstości kości i przechwytywania obrazów różnych struktur w poszukiwaniu awarii i wadów.

Może ci służyć: model atomowy Thomson: Charakterystyka, postulaty, cząstki subatomowe

Impedancja akustyczna jest również ważnym parametrem podczas oceny odpowiedzi dźwiękowej instrumentu muzycznego.

- Ćwiczenie rozwiązane 1

Technika ultradźwięków w celu uzyskania biologicznych obrazów tkanek wykorzystuje impulsy dźwiękowe o wysokiej częstotliwości. Echa zawierają informacje o organach i tkankach, które przechodzą, oprogramowanie jest odpowiedzialne za przetłumaczenie na obraz.

Na impuls ultradźwiękowy wpływa na interfejs tłuszczu-muchlus. Z dostarczanymi danymi znajdź:

a) Impedancja akustyczna każdej tkaniny.

b) Procent ultradźwięków odzwierciedlony w interfejsie między tłuszczem a mięśniami.

Tłuszcz

  • Gęstość: 952 kg/m3
  • Prędkość dźwięku: 1450 m/s

Mięsień

  • Gęstość: 1075 kg/m3
  • Prędkość dźwięku: 1590 m/s

Rozwiązanie

Impedancja akustyczna każdej tkanki zastępuje się w wzorze:

Z = ρ.v

Tą drogą:

Ztłuszcz = 952 kg/m3 x 1450 m/s = 1.38 x 106 kg/m2.S

Zmięsień = 1075 kg/m3 x 1590 m/s = 1.71 x 106  kg/m2.S

Rozwiązanie b

Aby znaleźć procent intensywności odzwierciedlonego w interfejsie dwóch tkanek, współczynnik odbicia podany przez:

R = (z1 - Z2)2/(Z1 +Z2)2

Tutaj ztłuszcz = Z1 i zmięsień = Z2. Współczynnik odbicia jest ilością dodatnią, która jest gwarantowana przez kwadraty w równaniu.

Zastępowanie i ocena:

R = (1.38 x 106 - 1.71 x 106 )2  / (1.38 x 106 + 1.71 x 106 )2 = 0.0114.

Poprzez mnożąc przez 100 będziemy mieli odbity procent: 1.14 % intensywności incydentu.

- Ćwiczenie rozwiązane 2

Fala dźwiękowa ma poziom intensywności 100 decybeli i zwykle wpływa na powierzchnię wody. Określ poziom intensywności fali przesyłanej i poziomu fali odbitej.

Może ci służyć: tarcie lepkie (siła): współczynnik i przykłady

Dane:

Woda

  • Gęstość: 1000 kg/m3
  • Prędkość dźwięku: 1430 m/s

Powietrze

  • Gęstość: 1.3 kg/m3
  • Prędkość dźwięku: 330 m/s

Rozwiązanie

Poziom intensywności decybeli fali dźwiękowej jest oznaczony jako L, jest bezwymiarowy i jest podawany przez wzór:

L = 10 dziennik (I /10-12)

Podnoszenie 10 po obu stronach:

10 L/10 = I /10-12

Jako L = 100, powoduje:

I/10-12 = 1010

Jednostki intensywności podano pod względem mocy na jednostkę obszaru. W systemie międzynarodowym są wat/m2. Dlatego intensywność fali padającej wynosi:

Siemaalbo = 1010 . 10-12 = 0.01 W/m2.

Aby znaleźć intensywność fali przesyłanej, współczynnik transmisji jest obliczany, a następnie mnożony przez intensywność incydentu.

Odpowiednie impedancje to:

Zwoda = 1000 kg/m3 x 1430 m/s = 1.43 x 106 kg/m2.S

Zpowietrze = 1.3 kg/m3 x 330 m/s = 429 kg/m2.S

Zastępowanie i ocena w:

T = 4z1Z2 /(Z1 +Z2)2 = 4 × 1.43 x 106 X 429 / (1.43 x 106 + 429)2 = 1.12 x 10-3

Tak więc intensywność transmitowanej fali wynosi:

SiemaT = 1.12 x 10-3 x 0.01 W/m2 = 1.12 x 10-5 W/m2

Jego poziom intensywności decybeli jest obliczany przez:

LT = 10 log (iT /10-12) = 10 log (1.12 x 10-5 / 10-12) = 70.3 dB

Ze swojej strony współczynnik odbicia jest:

R = 1 - t = 0.99888

Dzięki temu intensywność fali odbijanej wynosi:

SiemaR = 0.99888 x 0.01 W/m2 = 9.99 x 10-3 W/m2

A jego poziom intensywności wynosi:

LT = 10 log (iR /10-12) = 10 log (9.99 x 10-3 / 10-12) = 100 dB

Bibliografia

  1. Andriessen, m. 2003. HSC Fizyka. Jacaranda.
  2. Baranek, L. 1969. Akustyka. Druga edycja. Amerykańskie latynoskie artykuły redakcyjne.
  3. Kinsler, L. 2000. Podstawy akustyki. Wiley i synowie.
  4. Lowrie, w. 2007. Podstawowa geofizyka. 2. Wydanie. Cambridge University Press.
  5. Wikipedia. IMPEDANCJA AKUSTYCZNA. Źródło: w:.Wikipedia.org.